cache性能分析实验报告

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1、计算机系统结构实验报告名称:Cache性能分析学院:信息工程姓名:陈明学号:S121055专业:计算机系统结构年级:研一实验目的1.加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解;2.了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响;3.掌握降低Cache失效率的各种方法,以及这些方法对Cache性能提高的好处;4.理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效;5.理解LRU与随机法的基本思想,及它们对Cache性能的影响;实验平台Vmware虚拟机,redhat9.0linux操作系统,SimpleScalar模拟器实验步骤1.运行SimpleSc

2、alar模拟器;2.在基本配置情况下运行程序(请指明所选的测试程序),统计Cache总失效次数、三种不同种类的失效次数;3.改变Cache容量(*2,*4,*8,*64),运行程序(指明所选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析Cache容量对Cache性能的影响;4.改变Cache的相联度(1路,2路,4路,8路,64路),运行程序(指明所选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析相联度对Cache性能的影响;5.改变Cache块大小(*2,*4,*8,*64),运行程序(指明所选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析Cache块大小对Cache性能的影响;6.分别采用LRU与

3、随机法,在不同的Cache容量、不同的相联度下,运行程序(指明所选的测试程序)统计Cache总失效次数,计算失效率。分析不同的替换算法对Cache性能的影响。预备知识1.SimpleScalar模拟器的相关知识。详见相关的文档。2.复习和掌握教材中相应的内容(1)可以从三个方面改进Cache的性能:降低失效率、减少失效开销、减少Cache命中时间。(2)按照产生失效的原因不同,可以把Cache失效分为三类:①强制性失效(Compulsorymiss)当第一次访问一个块时,该块不在Cache中,需从下一级存储器中调入Cache,这就是强制性失效。这种失效也称为冷启动失效或首次访问失效。

4、②容量失效(Capacitymiss)如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中,则当某些块被替换后,若又重新被访问,就会发生失效。这种失效称为容量失效。③冲突失效(Conflictmiss)在组相联或直接映象Cache中,若太多的块映象到同一组(块)中,则会出现该组中某个块被别的块替换(即使别的组或块有空闲位置),然后又被重新访问的情况。这就是发生了冲突失效。这种失效也称为碰撞失效(collision)或干扰失效(interference)。(1)降低Cache失效率的方法:增加Cache块大小、提高相联度、VictimCache、伪相联Cache、硬件预取技术、由编译器控制的

5、预取和编译器优化。(2)替换算法①随机法:为了均匀使用一组中的各块,这种方法随机地选择被替换的块。②最近最少使用法LRU(LeastRecentlyUsed):选择近期最少被访问的块作为被替换的块。但由于实现比较困难,现在实际上实现的LRU都只是选择最久没有被访问过的块作为被替换的块。实验内容一关于simplescalar的简要说明SimpleScalar包括多个仿真器:sim-fast,sim-safe,sim-cache,sim-cheetah,sim-profile,sim-bpred,sim-eio和sim-outorder。本次实验使用的是sim-cache,下面说明一下s

6、im-cache。sim-cache:在这个仿真中加入了cache,用户可以对cache及TLB进行设置,支持两级的cache和一级的TLB,第一级cache和TLB均分为数据和指令两部分。(摘自百度百科)下面简要说明一下有关cache的信息:一般来说,Cache的结构参数主要包括以下几个方面:容量、块大小、相联度、替换算法等。在SimpleScalar模拟器中,采用了两级Cache结构,同时数据和指令Cache分开。SimpleScalar的Cache参数配置命令为::::::Cache的名称,其中:dl

7、1:一级数据Cache;dl2:二级数据Cache;il1:一级指令Cache;il2:二级指令Cache;dtlb:数据TLB;itlb:指令TLB;:组的数目;:块大小;:相联度;:替换策略。此时,Cache容量为:**。替换策略主要有以下几种:l:LRU,最近最少使用;f:FIFO,先进先出;r:RANDOM,随机策略。例如:-cache:dl1dl1:2

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